Экспериментальная установка и методика измерений. Световые кванты освещают фотокатод фотоэлектронного умножителя (ФЭУ)

Световые кванты освещают фотокатод фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Поток фотоэлектронов усиливается умножителем за счет многократного использования эффекта вторичной электронной эмиссии. Коэффициент усиления ФЭУ составляет обычно 10⁵ -10⁶. Амплитуда импульсов, вырабатываемых ФЭУ, пропорциональна энергии гамма-квантов. При освещении большого сцинтиллятора потоком монохроматических гамма-квантов на выходе ФЭУ должны появляться импульсы одинаковой амплитуды, соответствующей полной энергии гамма-квантов. Суммарный сигнал от импульсов, образовавшихся в ФЭУ в единичное время, в зависимости от амплитуды импульсов, называют фотопиком или пиком полного поглощения.

В сцинтилляционных детекторах непосредственному формированию электрического импульса предшествуют процессы, имеющие различную физическую природу, например возбуждение сцинтиллятора, его высвечивание, передача света на фотокатод, фотоэффект на катоде ФЭУ, вторичная электронная эмиссия.

Источник g-излучения       Рис. 4.4. Схема сцинтилляционного спектрометра.

Все эти явления на выходе ФЭУ приводят к размытию фотопика.

Обычно разрешение определяется отношением ширины линии фотопика на половине его высоты к энергии регистрируемого излучения Е и выражается в процентах. Структурная схема сцинтилляционного спектрометра приведена на рис. 4.4.

Сцинтилляционный детектор, расположенный в светонепроницаемом корпусе, регистрирует фоновое гамма-излучение. Импульсы, выделяющиеся на нагрузке ФЭУ, подают через усилитель на многоканальный амплитудный анализатор (МАА). Питание ФЭУ осуществляется от высокостабильного напряжения. Коэффициент усиления импульсного усилителя порядка 10-100.

Экспериментальная установка состоит из объекта исследования и измерительного устройства, устанавливаемых на лабораторном столе и соединяемых между собой кабелем.

Объект исследования выполнен в виде цилиндра, установленного с помощью стойки на штативе. В нем размещены кристалл сцинтиллятора, фотоэлектронный умножитель с цепями питания и устройство сопряжения. На верхний торец цилиндра установлен держатель для источника излучения. Из нижней части корпуса выведен кабель с двумя разъемами для подключения объекта исследования к измерительному устройству (один – для подключения к высоковольтному источнику питания фотоэлектронного умножителя, второй – для передачи выходного сигнала с объекта исследования к измерительному устройству и напряжения питания для устройства сопряжения объекта исследования).

Излучение (фоновое или фоновое плюс от источника), воздействуя на сцинтиллятор, вызывает в его кристалле световые импульсы, пропорциональные энергии квантов, которые усиливаются ФЭУ и устройством сопряжения. В результате этого, на выходе объекта исследования получаются импульсы напряжения, амплитуда которых пропорциональна энергии воздействующих на сцинтиллятор гамма­- квантов. Эти импульсы поступают на вход измерительного устройства для дальнейшей обработки.

Измерительное устройство содержит устройство сопряжения, высоковольтный преобразователь, цифровой вольтметр и источники питания.

Устройство сопряжения состоит из усилителя, устройства выборки-хранения, аналого-цифрового преобразователя и схем управления и предназначено для обработки импульсов, поступающих с объекта исследования (дополнительное усиление и преобразование значения амплитуды в цифровую форму), передачи полученной информации в компьютер.

Высоковольтный преобразователь и цифровой вольтметр предназначены для получения и измерения регулируемого высокого напряжения для питания ФЭУ объекта исследования.

Принцип действия установки основан на регистрации и анализе по амплитуде и количеству последовательности импульсов напряжения, получаемых после преобразования и усиления, от воздействия световых импульсов, возникающих в сцинтилляторе при облучении его излучением (фоновым или фоновым плюс источника).

В процессе выполнения лабораторной работы получают и исследуют энергетический спектр гамма-излучения (фонового или фонового плюс от источника) с подсчетом количества импульсов в каждом канале дискретизации и последующим анализом полученных результатов.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подключите сетевой шнур измерительного устройства к сети и включите установку выключателем СЕТЬ на задней панели измерительного устройства, при этом на индикаторе кВ должно установиться значение 0,30.

2. Включите компьютер согласно его эксплуатационной документации. Дайте прогреться аппаратуре в течение 5 мин.

3. Установите дискету с прикладной программой fpk13.exe и выведите ее графическое изображение на дисплей.

4. Нажатием клавиши Еnter (Ввод) запустите режим измерения и индикации зарегистрованых частиц. Измерение можно производить до переполнения любого из 255 каналов устройства и автоматической остановки или за фиксированный промежуток времени с остановкой вручную.

5. При помощи маркера, управляемого клавишами " "/"® ", используя данные на отображаемой в нижней части дисплея таблице с измеряемыми величинами (время измерения, энергетический уровень, количество импульсов), произведите анализ спектра фона (источника).

6. Окончание работы с программой производится нажатием клавиши F10.

7. По окончании работы необходимо установить ручку НАПРЯЖЕНИЕ устройства измерительного в крайнее левое положение, выключить компьютер, после чего отключить питание установки выключателем СЕТЬ (на задней панели устройства измерительного).

8. Режим работы установки прерывистый – через каждые 2 часа работы делается перерыв на 10-15 мин.